Hem › Kropp › Vem och när upptäckte protonen och neutronen. Protonmassa

Vem och när upptäckte protonen och neutronen. Protonmassa

I den här artikeln hittar du information om protonen, som en elementarpartikel som utgör grunden för universum tillsammans med dess andra grundämnen, som används inom kemi och fysik. Protonens egenskaper, dess egenskaper i kemi och stabilitet kommer att bestämmas.

Vad är en proton

En proton är en av representanterna för elementarpartiklar, som klassas som en baryon, t.ex. där fermioner interagerar starkt, och själva partikeln består av 3 kvarkar. Protonen är en stabil partikel och har ett personligt momentum - spin ½. Den fysiska beteckningen för proton är sid(eller sid +)

En proton är en elementarpartikel som deltar i processer av termonukleär typ. Det är denna typ av reaktion som i huvudsak är den huvudsakliga energikällan som genereras av stjärnor i hela universum. Nästan hela mängden energi som frigörs av solen existerar bara på grund av kombinationen av 4 protoner till en heliumkärna med bildandet av en neutron från två protoner.

Egenskaper som är inneboende i en proton

En proton är en av baryonernas representanter. Det är fakta. Laddningen och massan av en proton är konstanta storheter. Protonen är elektriskt laddad +1, och dess massa bestäms i olika måttenheter och är i MeV 938.272 0813(58), i kilogram av en proton är vikten i siffrorna 1.672 621 898(21) 10 −27 kg, i enheter av atommassa är vikten av en proton 1,007 276 466 879(91) a. e.m., och i förhållande till elektronens massa väger protonen 1836.152 673 89 (17) i förhållande till elektronen.

En proton, vars definition redan har givits ovan, ur fysikens synvinkel, är en elementarpartikel med en projektion av isospin +½, och kärnfysiken uppfattar denna partikel med motsatt tecken. Protonen i sig är en nukleon och består av 3 kvarkar (två u-kvarkar och en d-kvark).

Protonens struktur studerades experimentellt av kärnfysiker från USA - Robert Hofstadter. För att uppnå detta mål kolliderade fysikern protoner med högenergielektroner och tilldelades Nobelpriset i fysik för sin beskrivning.

Protonen innehåller en kärna (tung kärna), som innehåller cirka trettiofem procent av energin i protonens elektriska laddning och har en ganska hög densitet. Skalet som omger kärnan är relativt urladdat. Skalet består huvudsakligen av virtuella mesoner av typ och p och bär cirka femtio procent av protonens elektriska potential och är beläget på ett avstånd av ungefär 0,25 * 10 13 till 1,4 * 10 13 . Ännu längre, på ett avstånd av cirka 2,5 * 10 13 centimeter, består skalet av och w virtuella mesoner och innehåller ungefär de återstående femton procenten av protonens elektriska laddning.

Proton Stabilitet och Stabilitet

I det fria tillståndet visar protonen inga tecken på sönderfall, vilket indikerar dess stabilitet. Protonens stabila tillstånd, som den lättaste representanten för baryoner, bestäms av lagen om bevarande av antalet baryoner. Utan att bryta mot SBC-lagen kan protoner sönderfalla till neutriner, positroner och andra, lättare elementarpartiklar.

Protonen i atomkärnan har förmågan att fånga vissa typer av elektroner med K, L, M atomskal. En proton, som har avslutat elektroninfångningen, omvandlas till en neutron och frigör som ett resultat en neutrino, och "hålet" som bildas som ett resultat av elektronfångningen fylls med elektroner ovanifrån de underliggande atomskikten.

I icke-tröghetsreferensramar måste protoner få en begränsad livslängd som kan beräknas; detta beror på Unruh-effekten (strålning), som inom kvantfältteorin förutsäger möjlig betraktelse av termisk strålning i en referensram som accelereras i frånvaro av denna typ av strålning. Således kan en proton, om den har en ändlig livslängd, genomgå beta-sönderfall till en positron, neutron eller neutrino, trots att själva processen för sådant sönderfall är förbjuden av ZSE.

Användning av protoner i kemi

En proton är en H-atom byggd av en enda proton och har ingen elektron, så i kemisk mening är en proton en kärna av en H-atom. En neutron parad med en proton skapar kärnan i en atom. I Dmitry Ivanovich Mendeleevs PTCE indikerar elementnumret antalet protoner i atomen av ett visst element, och elementnumret bestäms av atomladdningen.

Vätekatjoner är mycket starka elektronacceptorer. Inom kemin erhålls protoner huvudsakligen från organiska och mineraliska syror. Jonisering är en metod för att producera protoner i gasfaser.

Protoner deltar i termonukleära reaktioner, som är den huvudsakliga energikällan som genereras av stjärnor. I synnerhet reaktioner pp-cykel, som är källan till nästan all energi som sänds ut av solen, kommer ner till kombinationen av fyra protoner till en helium-4 kärna med omvandlingen av två protoner till neutroner.

I fysiken betecknas proton sid(eller sid+ ). Den kemiska beteckningen för protonen (betraktad som en positiv vätejon) är H+, den astrofysiska beteckningen är HII.

Öppning

Protonegenskaper

Förhållandet mellan proton- och elektronmassorna, lika med 1836.152 673 89(17), med en noggrannhet på 0.002% är lika med värdet 6π 5 = 1836.118...

Protonens inre struktur studerades först experimentellt av R. Hofstadter genom att studera kollisioner av en stråle av högenergielektroner (2 GeV) med protoner (Nobelpriset i fysik 1961). Protonen består av en tung kärna (kärna) med en radie på cm, med en hög densitet av massa och laddning, som bär ≈ 35 % (\displaystyle \approx 35\,\%) elektrisk laddning av protonen och det relativt sällsynta skalet som omger den. På avstånd från ≈ 0 , 25 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \approx 0(,)25\cdot 10^(-13)) innan ≈ 1 , 4 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \approx 1(,)4\cdot 10^(-13)) cm detta skal består huvudsakligen av virtuella ρ - och π -mesoner som bär ≈ 50 % (\displaystyle \approx 50\,\%) elektrisk laddning av protonen, sedan till avståndet ≈ 2 , 5 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \approx 2(,)5\cdot 10^(-13)) cm sträcker ut ett skal av virtuella ω - och π -mesoner, som bär ~15% av protonens elektriska laddning.

Trycket i mitten av protonen som skapas av kvarkar är cirka 10 35 Pa (10 30 atmosfärer), det vill säga högre än trycket inuti neutronstjärnor.

Det magnetiska momentet för en proton mäts genom att mäta förhållandet mellan resonansfrekvensen för precession av protonens magnetiska moment i ett givet enhetligt magnetfält och cyklotronfrekvensen för protonens cirkulära bana i samma fält.

Det finns tre fysiska storheter associerade med en proton som har dimensionen längd:

Mätningar av protonradien med vanliga väteatomer, utförda med olika metoder sedan 1960-talet, ledde (CODATA -2014) till resultatet 0,8751 ± 0,0061 femtometer(1 fm = 10 −15 m). De första experimenten med muoniska väteatomer (där elektronen är ersatt av en myon) gav ett 4% mindre resultat för denna radie: 0,84184 ± 0,00067 fm. Orsakerna till denna skillnad är fortfarande oklara.

Stabilitet

Den fria protonen är stabil, experimentella studier har inte visat några tecken på dess sönderfall (nedre gräns för livslängden är 2,9⋅10 29 år oavsett sönderfallskanal, 1,6⋅10 34 år för sönderfall till en positron och neutral pion, 7,7⋅ 10 33 år för förfall till en positiv myon och en neutral pion). Eftersom protonen är den lättaste av baryonerna är protonens stabilitet en konsekvens av lagen om bevarande av baryonnummer - en proton kan inte sönderfalla till några lättare partiklar (till exempel till en positron och neutrino) utan att bryta mot denna lag. Men många teoretiska förlängningar av standardmodellen förutsäger processer (ännu ej observerade) som skulle resultera i icke-konservering av baryonantal och därmed protonsönderfall.

En proton bunden i en atomkärna kan fånga en elektron från atomens elektron K-, L- eller M-skal (så kallad "elektroninfångning"). En proton i atomkärnan, som har absorberat en elektron, förvandlas till en neutron och avger samtidigt en neutrino: p+e − →+ν e . Ett "hål" i K-, L- eller M-skiktet som bildas genom elektroninfångning fylls med en elektron från ett av atomens överliggande elektronskikt, som avger karakteristiska röntgenstrålar som motsvarar atomnumret Z− 1, och/eller Auger-elektroner. Över 1000 isotoper från 7 är kända
4 till 262
105, sönderfallande genom elektroninfångning. Vid tillräckligt höga tillgängliga sönderfallsenergier (ovan 2m e c 2 ≈ 1,022 MeV) en konkurrerande sönderfallskanal öppnas - positronsönderfall p → +e ++ν e . Det bör betonas att dessa processer är möjliga endast för en proton i vissa kärnor, där den saknade energin fylls på genom övergången av den resulterande neutronen till ett lägre kärnskal; för en fri proton är de förbjudna enligt lagen om energibevarande.

Källan till protoner i kemin är mineralsyror (salpetersyra, svavelsyra, fosfor och andra) och organiska (myrsyra, ättiksyra, oxalsyra och andra). I en vattenlösning kan syror dissocieras med eliminering av en proton och bilda en hydroniumkatjon.

I gasfasen erhålls protoner genom jonisering - avlägsnande av en elektron från en väteatom. Joniseringspotentialen för en oexciterad väteatom är 13,595 eV. När molekylärt väte joniseras av snabba elektroner vid atmosfärstryck och rumstemperatur, bildas initialt den molekylära vätejonen (H 2 +) - ett fysiskt system som består av två protoner som hålls samman på ett avstånd av 1,06 gånger en elektron. Stabiliteten hos ett sådant system, enligt Pauling, orsakas av resonansen hos en elektron mellan två protoner med en "resonansfrekvens" lika med 7·10 14 s −1. När temperaturen stiger till flera tusen grader ändras sammansättningen av vätejoniseringsprodukter till förmån för protoner - H +.

Ansökan

Strålar av accelererade protoner används i experimentell fysik av elementära partiklar (studie av spridningsprocesser och produktion av strålar av andra partiklar), inom medicin (protonterapi för cancer).

se även

Anteckningar

http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Fundamental Physical Constants --- Komplett lista
CODATA Värde: protonmassa
CODATA Värde: protonmassa i u
Ahmed S.; et al. (2004). "Begränsningar för nukleonnedbrytning via osynliga lägen från Sudbury Neutrino Observatory." Fysiska granskningsbrev. 92 (10): 102004. arXiv: hep-ex/0310030. Bibcode:2004PhRvL..92j2004A. DOI:10.1103/PhysRevLett.92.102004. PMID.
CODATA Värde: protonmassenergiekvivalent i MeV
CODATA Värde: proton-elektron massförhållande
, Med. 67.
Hofstadter P. Struktur av kärnor och nukleoner // Phys. - 1963. - T. 81, nr 1. - P. 185-200. - ISSN. - URL: http://ufn.ru/ru/articles/1963/9/e/
Shchelkin K.I. Virtuella processer och nukleonens struktur // Physics of the Microworld - M.: Atomizdat, 1965. - P. 75.
Zhdanov G.B. Elastisk spridning, perifera interaktioner och resonanser // Högenergipartiklar. Höga energier i rymden och laboratorier - M.: Nauka, 1965. - S. 132.
Burkert V. D., Elouadrhiri L., Girod F. X. Tryckfördelningen inuti protonen // Natur. - 2018. - Maj (bd 557, nr 7705). - s. 396-399. - DOI:10.1038/s41586-018-0060-z.
Bethe, G., Morrison F. Elementär teori om kärnan. - M: IL, 1956. - S. 48.

Proton (elementarpartikel)

Fältteorin om elementarpartiklar, som verkar inom ramen för SCIENCE, är baserad på en grund som bevisats av FYSIK:

Klassisk elektrodynamik,
Kvantmekanik (utan virtuella partiklar som motsäger lagen om energibevarande),
Bevarandelagar är fysikens grundläggande lagar.

Detta är den grundläggande skillnaden mellan det vetenskapliga tillvägagångssättet som används av fältteorin om elementarpartiklar - en sann teori måste verka strikt inom naturlagarna: detta är VETENSKAP.

Att använda elementarpartiklar som inte finns i naturen, uppfinna grundläggande interaktioner som inte finns i naturen, eller ersätta interaktioner som existerar i naturen med fantastiska, ignorera naturlagarna, engagera sig i matematiska manipulationer med dem (skapa vetenskapens utseende) - detta är de många SAGORNA som framställts som vetenskap. Som ett resultat gled fysiken in i de matematiska sagornas värld. Sagofigurer av standardmodellen (kvarkar med gluoner), tillsammans med sagogravitoner och sagor om "kvantteorin", har redan trängt igenom fysikläroböcker - och vilseleder barn och låter matematiska sagor vara verklighet. Anhängare av ärlig New Physics försökte motstå detta, men krafterna var inte lika. Och så var det fram till 2010, före tillkomsten av fältteorin om elementarpartiklar, när kampen för återupplivandet av FYSIK-VETENSKAP flyttade till nivån av öppen konfrontation mellan äkta vetenskaplig teori och matematiska sagor som tog makten inom fysiken. mikrovärlden (och inte bara).

Men mänskligheten skulle inte ha känt till prestationerna med New Physics utan Internet, sökmotorer och förmågan att fritt tala sanning på webbplatsens sidor. När det gäller publikationer som tjänar pengar på vetenskap, vem läser dem idag för pengar när det är möjligt att snabbt och fritt få den nödvändiga informationen på Internet.

1 En proton är en elementarpartikel
2 När fysiken förblev en vetenskap
3 proton i fysik
4 protonradie
5 Magnetiska moment för en proton
6 Elektriskt fält för en proton

Ernest Rutherford 1919, som bestrålade kvävekärnor med alfapartiklar, observerade bildandet av vätekärnor. Rutherford kallade partikeln från kollisionen för en proton. De första fotografierna av protonspår i en molnkammare togs 1925 av Patrick Blackett. Men själva vätejonerna (som är protoner) var kända långt före Rutherfords experiment.
Idag, på 2000-talet, kan fysiken säga mycket mer om protoner.

1 Proton är en elementarpartikel

Fysikens idéer om protonens struktur förändrades i takt med att fysiken utvecklades.
Fysiken ansåg ursprungligen att protonen var en elementarpartikel fram till 1964, när GellMann och Zweig oberoende föreslog kvarkhypotesen.

Inledningsvis var kvarkmodellen av hadroner begränsad till endast tre hypotetiska kvarkar och deras antipartiklar. Detta gjorde det möjligt att korrekt beskriva spektrumet av elementära partiklar som var känt vid den tiden, utan att ta hänsyn till leptoner, som inte passade in i den föreslagna modellen och därför erkändes som elementära, tillsammans med kvarkar. Priset för detta var införandet av fraktionerade elektriska laddningar som inte finns i naturen. Sedan, när fysiken utvecklades och nya experimentella data blev tillgängliga, växte kvarkmodellen gradvis och transformerades, och blev så småningom Standardmodellen.

Fysiker har flitigt letat efter nya hypotetiska partiklar. Sökandet efter kvarkar utfördes i kosmiska strålar, i naturen (eftersom deras fraktionerade elektriska laddning inte kan kompenseras) och vid acceleratorer.
Decennier gick, acceleratorernas kraft växte, och resultatet av sökandet efter hypotetiska kvarkar var alltid detsamma: Kvarkar finns INTE i naturen.

När de såg utsikten att kvarken (och sedan Standard)-modellen skulle dö, komponerade dess anhängare och handlade bort till mänskligheten en saga om att spår av kvarkar observerades i vissa experiment. - Det är omöjligt att verifiera denna information - experimentella data bearbetas med standardmodellen, och det kommer alltid att ge ut något som det behöver. Fysikens historia känner till exempel när, istället för en partikel, en annan halkades in - den sista manipulationen av experimentella data var att en vektormeson halkade ut som en fantastisk Higgs-boson, som påstås vara ansvarig för massan av partiklar, men samtidigt tid som inte skapar sitt gravitationsfält. Denna matematiska berättelse belönades till och med med Nobelpriset i fysik. I vårt fall gled stående vågor av ett växlande elektromagnetiskt fält, om vilka vågteorier om elementarpartiklar skrevs, in som fekvarkar.

När tronen under standardmodellen började skaka igen, komponerade dess anhängare och lät mänskligheten en ny saga för de små, kallad "Confinement". Varje tänkande person kommer omedelbart att se i det ett hån mot lagen om bevarande av energi - en grundläggande naturlag. Men anhängare av Standardmodellen vill inte se VERKLIGHETEN.

2 När fysiken förblev en vetenskap

När fysiken fortfarande förblev en vetenskap bestämdes sanningen inte av majoritetens åsikt - utan genom experiment. Detta är den fundamentala skillnaden mellan FYSIK-VETENSKAP och matematiska sagor som framställts som fysik.
Alla experiment som söker efter hypotetiska kvarkar(förutom, naturligtvis, för att glida in din tro under sken av experimentella data) har tydligt visat: det finns INGA kvarkar i naturen.

Nu försöker anhängare av Standardmodellen att ersätta resultatet av alla experiment, som blev en dödsdom för Standardmodellen, med deras kollektiva åsikt, som framställer det som verklighet. Men hur länge sagan än fortsätter kommer det ändå att finnas ett slut. Frågan är bara vilken typ av slut det kommer att bli: anhängare av standardmodellen kommer att visa intelligens, mod och ändra sina positioner efter experimentens enhälliga dom (eller snarare: NATURENS dom), eller så kommer de att överlämnas till historien mitt i universellt skratt Ny fysik - 2000-talets fysik, som berättare som försökte lura hela mänskligheten. Valet är deras.

Nu om själva protonen.

3 proton i fysik

Proton - elementarpartikel kvanttal L=3/2 (spin = 1/2) - baryongrupp, protonundergrupp, elektrisk laddning +e (systematisering enligt elementarpartiklars fältteorin).
Enligt fältteorin om elementarpartiklar (en teori byggd på en vetenskaplig grund och den enda som fick det korrekta spektrumet av alla elementarpartiklar) består en proton av ett roterande polariserat växlande elektromagnetiskt fält med en konstant komponent. Alla ogrundade påståenden från Standardmodellen om att protonen ska bestå av kvarkar har inget med verkligheten att göra. – Fysiken har experimentellt bevisat att protonen har elektromagnetiska fält, och även ett gravitationsfält. Fysiken gissade briljant att elementarpartiklar inte bara har, utan består av, elektromagnetiska fält för 100 år sedan, men det var inte möjligt att konstruera en teori förrän 2010. Nu, 2015, dök också en teori om tyngdkraften för elementarpartiklar upp, som fastställde tyngdkraftens elektromagnetiska natur och erhöll ekvationerna för tyngdkraftsfältet för elementarpartiklar, olika från tyngdkraftsekvationerna, på grundval av vilka mer än en matematisk en saga i fysik byggdes.

För närvarande motsäger inte fältteorin för elementarpartiklar (till skillnad från standardmodellen) experimentella data om strukturen och spektrumet av elementarpartiklar och kan därför betraktas av fysiken som en teori som fungerar i naturen.

Strukturen av det elektromagnetiska fältet hos en proton(E-konstant elektriskt fält, H-konstant magnetfält, växlande elektromagnetiskt fält är markerat med gult)
Energibalans (procentandel av total intern energi):

konstant elektriskt fält (E) - 0,346 %,
konstant magnetfält (H) - 7,44 %,
växlande elektromagnetiskt fält - 92,21%.

Det följer att för protonen m 0~ =0,9221m 0 och cirka 8 procent av dess massa är koncentrerad i konstanta elektriska och magnetiska fält. Förhållandet mellan energin koncentrerad i ett konstant magnetfält hos en proton och energin koncentrerad i ett konstant elektriskt fält är 21,48. Detta förklarar förekomsten av kärnkrafter i protonen.

En protons elektriska fält består av två regioner: ett yttre område med positiv laddning och ett inre område med negativ laddning. Skillnaden i laddningarna för de yttre och inre områdena bestämmer den totala elektriska laddningen för protonen +e. Dess kvantisering är baserad på geometrin och strukturen hos elementarpartiklar.

Och så här ser de grundläggande interaktionerna mellan elementarpartiklar ut som faktiskt finns i naturen:

4 protonradie

Fältteorin för elementarpartiklar definierar radien (r) för en partikel som avståndet från centrum till den punkt där den maximala massdensiteten uppnås.

För en proton kommer detta att vara 3,4212 ∙10 -16 m. Till detta måste vi lägga till tjockleken på det elektromagnetiska fältskiktet, och radien för området i rymden som upptas av protonen kommer att erhållas:

För en proton kommer detta att vara 4,5616 ∙10 -16 m. Protonens yttre gräns är således belägen på ett avstånd av 4,5616 ∙10 -16 m från partikelns centrum En liten del av massan koncentrerades i konstanten protonens elektriska och konstanta magnetfält, enligt elektrodynamikens lagar, ligger utanför denna radie.

5 Magnetiska moment för en proton

I motsats till kvantteorin säger fältteorin för elementarpartiklar att elementarpartiklarnas magnetfält inte skapas av elektriska laddningars rotation utan existerar samtidigt med ett konstant elektriskt fält som en konstant komponent i det elektromagnetiska fältet. Det är därför Alla elementarpartiklar med kvantnummer L>0 har konstanta magnetfält.
Fältteorin för elementarpartiklar anser inte att protonens magnetiska moment är anomalt - dess värde bestäms av en uppsättning kvanttal i den utsträckning som kvantmekaniken fungerar i en elementarpartikel.
Så det huvudsakliga magnetiska momentet för en proton skapas av två strömmar:

(+) med magnetiskt moment +2 (eħ/m 0 s)
(-) med magnetiskt moment -0,5 (eħ/m 0 s)

För att erhålla det resulterande magnetiska momentet för en proton, är det nödvändigt att addera båda momenten, multiplicera med procentandelen energi som finns i det vågväxlande elektromagnetiska fältet för protonen (dividerat med 100%) och addera spin-komponenten (se Fältteori för elementarpartiklar. Del 2, avsnitt 3.2), som ett resultat får vi 1,3964237 eh/m 0p c. För att konvertera till vanliga kärnmagnetoner måste det resulterande talet multipliceras med två - i slutändan har vi 2,7928474.

När fysiken antog att de magnetiska momenten hos elementarpartiklar skapas av rotationen av deras elektriska laddning, föreslogs lämpliga enheter för att mäta dem: för en proton är det eh/2m 0p c (kom ihåg att en protons spinn är 1/ 2) kallas kärnmagneten. Nu kunde 1/2 utelämnas, eftersom den inte bär en semantisk belastning, och lämnas helt enkelt eh/m 0p c.

Men seriöst, det finns inga elektriska strömmar inuti elementarpartiklar, men det finns magnetiska fält (och det finns inga elektriska laddningar, men det finns elektriska fält). Det är omöjligt att ersätta äkta magnetiska fält av elementarpartiklar med magnetiska fält av strömmar (liksom äkta elektriska fält av elementarpartiklar med fält av elektriska laddningar), utan förlust av noggrannhet - dessa fält har en annan natur. Det finns en del annan elektrodynamik här - Electrodynamics of Field Physics, som ännu inte har skapats, som fältfysiken själv.

6 Elektriskt fält för en proton

6.1 Protonelektriskt fält i den bortre zonen

Fysikens kunskap om strukturen av protonens elektriska fält har förändrats i takt med att fysiken har utvecklats. Man trodde från början att det elektriska fältet för en proton är fältet för en elektrisk punktladdning +e. För detta fält kommer det att finnas:
potential elektriskt fält för en proton vid punkt (A) i den bortre zonen (r > > r p) exakt, i SI-systemet är lika med:

spänning E för det elektriska protonfältet i den bortre zonen (r > > r p) exakt, i SI-systemet är lika med:

Var n = r/|r| - enhetsvektor från protoncentrum i riktning mot observationspunkten (A), r - avstånd från protoncentrum till observationspunkt, e - elementär elektrisk laddning, vektorer är i fetstil, ε 0 - elektrisk konstant, r p =Lħ /(m 0~ c ) är radien för protonen i fältteorin, L är huvudkvantnumret för protonen i fältteorin, ħ är Plancks konstant, m 0~ är mängden massa som finns i det växlande elektromagnetiska fältet av en proton i vila, C är ljusets hastighet. (Det finns ingen multiplikator i GHS-systemet. SI-multiplikator.)

Dessa matematiska uttryck är korrekta för den bortre zonen av protonens elektriska fält: r p , men fysiken antog då att deras giltighet även sträckte sig till närzonen, upp till avstånd i storleksordningen 10 -14 cm.

6.2 Elektriska laddningar av en proton

Under första hälften av 1900-talet trodde fysiken att en proton bara hade en elektrisk laddning och den var lika med +e.

Efter uppkomsten av kvarkhypotesen föreslog fysiken att det inuti en proton inte finns en, utan tre elektriska laddningar: två elektriska laddningar +2e/3 och en elektrisk laddning -e/3. Totalt ger dessa avgifter +e. Detta gjordes eftersom fysiken antydde att protonen har en komplex struktur och består av två upp-kvarkar med en laddning på +2e/3 och en d-kvark med en laddning på -e/3. Men kvarkar hittades inte vare sig i naturen eller i acceleratorer vid några energier, och det återstod antingen att ta sin existens på tro (vilket är vad anhängarna av Standardmodellen gjorde) eller att leta efter en annan struktur av elementarpartiklar. Men samtidigt ackumulerades ständigt experimentell information om elementarpartiklar i fysiken, och när den ackumulerades tillräckligt för att tänka om vad som hade gjorts föddes fältteorin om elementarpartiklar.

Enligt fältteorin om elementarpartiklar, det konstanta elektriska fältet för elementarpartiklar med kvantnummer L>0, både laddade och neutrala, skapas av den konstanta komponenten av det elektromagnetiska fältet hos motsvarande elementarpartikel(det är inte den elektriska laddningen som är grundorsaken till det elektriska fältet, som fysiken trodde på 1800-talet, utan elementarpartiklarnas elektriska fält är sådana att de motsvarar fälten för elektriska laddningar). Och fältet för elektrisk laddning uppstår som ett resultat av närvaron av asymmetri mellan de yttre och inre hemisfärerna, vilket genererar elektriska fält av motsatta tecken. För laddade elementarpartiklar genereras ett fält av en elementär elektrisk laddning i den bortre zonen, och tecknet för den elektriska laddningen bestäms av tecknet för det elektriska fältet som genereras av den yttre halvklotet. I närzonen har detta fält en komplex struktur och är en dipol, men det har inget dipolmoment. För en ungefärlig beskrivning av detta fält som ett system av punktladdningar kommer det att krävas minst 6 "kvarkar" inuti protonen - det blir mer exakt om vi tar 8 "kvarkar". Det är tydligt att de elektriska laddningarna för sådana "kvarkar" kommer att vara helt annorlunda än vad standardmodellen (med dess kvarkar) anser.

Fältteorin om elementarpartiklar har fastställt att protonen, precis som alla andra positivt laddade elementarpartiklar, kan urskiljas två elektriska laddningar och följaktligen två elektriska radier:

elektrisk radie för det yttre konstanta elektriska fältet (laddning q + =+1,25e) - r q+ = 4,39 10 -14 cm,
elektrisk radie för det inre konstanta elektriska fältet (laddning q - = -0,25e) - r q- = 2,45 10 -14 cm.

Dessa egenskaper hos det elektriska protonfältet motsvarar fördelningen av den första fältteorin för elementarpartiklar. Fysiken har ännu inte experimentellt fastställt noggrannheten för denna fördelning och vilken fördelning som mest exakt motsvarar den verkliga strukturen av det konstanta elektriska fältet för en proton i närzonen, såväl som strukturen av det elektriska fältet för en proton i närzonen (vid avstånd av storleksordningen r p). Som du kan se är de elektriska laddningarna nära i storleksordningen laddningarna från de förmodade kvarkarna (+4/3e=+1,333e och -1/3e=-0,333e) i protonen, men till skillnad från kvarkar finns elektromagnetiska fält i natur, och har en liknande struktur av konstant Alla positivt laddade elementarpartiklar har ett elektriskt fält, oavsett storleken på spinnet och... .

Värdena på de elektriska radierna för varje elementarpartikel är unika och bestäms av det huvudsakliga kvanttalet i fältteorin L, värdet på vilomassan, procentandelen energi som finns i det växlande elektromagnetiska fältet (där kvantmekaniken fungerar ) och strukturen av den konstanta komponenten av elementarpartikelns elektromagnetiska fält (samma för alla elementarpartiklar med det huvudsakliga kvanttalet L), som genererar ett externt konstant elektriskt fält. Den elektriska radien indikerar den genomsnittliga placeringen av en elektrisk laddning jämnt fördelad runt omkretsen, vilket skapar ett liknande elektriskt fält. Båda elektriska laddningarna ligger i samma plan (rotationsplanet för elementarpartikelns växelelektromagnetiska fält) och har ett gemensamt centrum som sammanfaller med rotationscentrum för elementarpartikelns växelelektromagnetiska fält.

6.3 Elektriskt fält för en proton i närzonen

Genom att känna till storleken på de elektriska laddningarna inuti en elementarpartikel och deras placering är det möjligt att bestämma det elektriska fältet som skapas av dem.

elektriskt fält för en proton i närzonen (r~r p), i SI-systemet, som en vektorsumma, är ungefär lika med:

Var n+ = r +/|r + | - enhetsvektor från den nära (1) eller avlägsna (2) punkten för protonladdningen q + i riktning mot observationspunkten (A), n- = r-/|r - | - enhetsvektor från den närliggande (1) eller avlägsna (2) punkten av protonladdningen q - i riktning mot observationspunkten (A), r - avståndet från protonens centrum till projektionen av observationspunkten på protonplanet, q + - extern elektrisk laddning +1,25e, q - - inre elektrisk laddning -0,25e, vektorer är markerade med fet stil, ε 0 - elektrisk konstant, z - höjden på observationspunkten (A) (avstånd från observationspunkt till protonplanet), r 0 - normaliseringsparameter. (Det finns ingen multiplikator i GHS-systemet. SI-multiplikator.)

Detta matematiska uttryck är en summa av vektorer och måste beräknas enligt reglerna för vektoraddition, eftersom detta är ett fält av två fördelade elektriska laddningar (+1,25e och -0,25e). De första och tredje termerna motsvarar laddningarnas närpunkter, den andra och fjärde - till de bortre. Detta matematiska uttryck fungerar inte i protonens inre (ring)region och genererar dess konstanta fält (om två villkor är uppfyllda samtidigt: ħ/m 0~ c
Elektriskt fältpotential proton i punkt (A) i närzonen (r~r p), i SI-systemet är ungefär lika med:

Där r 0 är en normaliserande parameter, vars värde kan skilja sig från r 0 i formel E. (I SGS-systemet finns ingen faktor SI-multiplikator.) Detta matematiska uttryck fungerar inte i protonens inre (ring)region , genererar dess konstanta fält (med samtidig exekvering av två villkor: ħ/m 0~ c
Kalibrering av r 0 för båda närfältsuttrycken måste utföras vid gränsen för den region som genererar konstanta protonfält.

7 Proton vilomassa

I enlighet med klassisk elektrodynamik och Einsteins formel definieras vilomassan av elementarpartiklar med kvantnummer L>0, inklusive protonen, som ekvivalenten av energin i deras elektromagnetiska fält:

där den bestämda integralen tas över hela det elektromagnetiska fältet hos en elementarpartikel, E är den elektriska fältstyrkan, H är magnetfältets styrka. Alla komponenter i det elektromagnetiska fältet beaktas här: konstant elektriskt fält, konstant magnetfält, växlande elektromagnetiskt fält. Denna lilla, men mycket fysikinriktade formel, på basis av vilken ekvationerna för elementarpartiklarnas gravitationsfält härleds, kommer att skicka mer än en sago-"teori" till skrothögen - det är därför som några av deras författare kommer att hatar det.

Som följer av ovanstående formel, värdet på en protons vilomassa beror på de förhållanden under vilka protonen befinner sig. Genom att placera en proton i ett konstant yttre elektriskt fält (till exempel en atomkärna) kommer vi alltså att påverka E 2, vilket kommer att påverka protonens massa och dess stabilitet. En liknande situation kommer att uppstå när en proton placeras i ett konstant magnetfält. Därför skiljer sig vissa egenskaper hos en proton inuti en atomkärna från samma egenskaper hos en fri proton i ett vakuum, långt från fält.

8 protons livslängd

Protonlivslängden som fastställts av fysiken motsvarar en fri proton.

Fältteorin om elementarpartiklar säger att livslängden för en elementarpartikel beror på de förhållanden under vilka den befinner sig. Genom att placera en proton i ett yttre fält (som ett elektriskt), ändrar vi energin som finns i dess elektromagnetiska fält. Du kan välja tecknet för det yttre fältet så att protonens inre energi ökar. Det är möjligt att välja ett sådant värde på den yttre fältstyrkan att det blir möjligt för protonen att sönderfalla till en neutron, positron och elektronneutrino, och därför blir protonen instabil. Detta är exakt vad som observeras i atomkärnor, där det elektriska fältet hos närliggande protoner utlöser sönderfallet av protonen i kärnan. När ytterligare energi införs i kärnan kan protonsönderfall börja vid en lägre yttre fältstyrka.

En intressant egenskap: under sönderfallet av en proton i en atomkärna, i kärnans elektromagnetiska fält, föds en positron från energin i det elektromagnetiska fältet - från "materia" (proton) föds "antimateria" (positron) !!! och detta förvånar ingen.

9 Sanningen om standardmodellen

Låt oss nu bekanta oss med informationen som anhängare av standardmodellen inte kommer att tillåta att publiceras på "politiskt korrekta" sajter (som världens Wikipedia) där motståndare till New Physics skoningslöst kan radera (eller förvränga) anhängarnas information av den nya fysiken, som ett resultat av vilken SANNINGEN har fallit offer för politik:

1964 föreslog Gellmann och Zweig oberoende av varandra en hypotes för förekomsten av kvarkar, från vilka, enligt deras åsikt, hadroner är sammansatta. De nya partiklarna var utrustade med en fraktionerad elektrisk laddning som inte finns i naturen.
Leptoner passade INTE in i denna Quark-modell, som senare växte till Standardmodellen, och därför erkändes som verkligt elementära partiklar.
För att förklara sambandet mellan kvarkar i hadronen antogs förekomsten i naturen av stark interaktion och dess bärare, gluoner. Gluoner, som förväntat i kvantteorin, var utrustade med enhetsspinn, identiteten av partikel och antipartikel, och noll vilomassa, som en foton.
I verkligheten finns det i naturen inte en stark växelverkan mellan hypotetiska kvarkar, utan nukleonernas kärnkrafter - och det är olika begrepp.

50 år har gått. Kvarkar hittades aldrig i naturen och en ny matematisk saga uppfanns för oss som heter "Confinement". En tänkande person kan lätt se i det en flagrant ignorering av den grundläggande naturlagen - lagen om energibevarande. Men en tänkande person kommer att göra detta, och berättarna fick en ursäkt som passade dem.

Gluoner har inte heller hittats i naturen. Faktum är att endast vektormesoner (och ytterligare ett av mesonernas exciterade tillstånd) kan ha enhetsspin i naturen, men varje vektormeson har en antipartikel. - Det är därför vektormesoner är inte lämpliga kandidater för "gluoner". Det återstår de första nio exciterade tillstånden av mesoner, men 2 av dem motsäger själva standardmodellen och standardmodellen känner inte igen deras existens i naturen, och resten har studerats väl av fysiken, och det kommer inte att vara möjligt att passera dem av som fantastiska gluoner. Det finns ett sista alternativ: att skicka bort ett bundet tillstånd av ett par leptoner (myoner eller tauleptoner) som en gluon - men även detta kan beräknas under förfall.

Så, Det finns heller inga gluoner i naturen, precis som det inte finns kvarkar och det fiktiva starka samspelet i naturen..
Du tror att anhängare av standardmodellen inte förstår detta - de gör det fortfarande, men det är bara sjukt att erkänna felaktigheten i vad de har gjort i decennier. Det är därför vi ser nya matematiska sagor (sträng "teori" etc.).

10 Ny fysik: Proton - sammanfattning

I huvuddelen av artikeln pratade jag inte i detalj om fe-kvarkar (med fe-gluoner), eftersom de INTE finns i naturen och det är ingen idé att fylla huvudet med sagor (i onödan) - och utan de grundläggande delarna av grunden: kvarkar med gluoner, standardmodellen kollapsade - tiden för dess dominans i fysiken KOMPLETT (se Standardmodell).

Du kan ignorera elektromagnetismens plats i naturen så länge du vill (att möta den vid varje steg: ljus, värmestrålning, elektricitet, tv, radio, telefonkommunikation, inklusive mobil, internet, utan vilken mänskligheten inte skulle ha känt till existensen av elementarpartiklarna i Fältteorin, ...), och fortsätta att uppfinna nya sagor för att ersätta de bankrutta, och framstå som vetenskap; du kan, med envishet värdig bättre användning, fortsätta att upprepa de memorerade SAGARNA från Standardmodellen och Kvantteorin; men elektromagnetiska fält i naturen var, är, kommer att vara och kan klara sig alldeles utmärkt utan sagoliknande virtuella partiklar, såväl som gravitation skapad av elektromagnetiska fält, men sagor har en födelsetid och en tid då de slutar att påverka människor. När det gäller naturen, så bryr den sig INTE om sagor eller någon annan litterär aktivitet hos människan, även om Nobelpriset i fysik delas ut för dem. Naturen är uppbyggd som den är uppbyggd, och FYSIK-VETENSKAPENS uppgift är att förstå och beskriva den.

Nu har en ny värld öppnat sig för dig - världen av dipolfält, vars existens 1900-talets fysik inte ens misstänkte. Du såg att en proton inte har en, utan två elektriska laddningar (extern och inre) och två motsvarande elektriska radier. Du såg vad resten av en proton består av och att den imaginära Higgs-bosonen var ur funktion (Nobelkommitténs beslut är inga naturlagar än...). Dessutom beror massans storlek och livslängd på de fält där protonen befinner sig. Bara för att en fri proton är stabil betyder det inte att den kommer att förbli stabil alltid och överallt (protonsönderfall observeras i atomkärnor). Allt detta går utöver de begrepp som dominerade fysiken under andra hälften av 1900-talet. - 2000-talets fysik - Ny fysik flyttar till en ny nivå av kunskap om materia, och nya intressanta upptäckter väntar oss.

Vladimir Gorunovich

DEFINITION

Proton kallas en stabil partikel som tillhör klassen hadroner, som är kärnan i en väteatom.

Forskare är oense om vilken vetenskaplig händelse som ska betraktas som upptäckten av protonen. En viktig roll i upptäckten av protonen spelades av:

skapande av en planetmodell av atomen av E. Rutherford;
upptäckt av isotoper av F. Soddy, J. Thomson, F. Aston;
observationer av beteendet hos väteatomernas kärnor när de slås ut av alfapartiklar från kvävekärnor av E. Rutherford.

De första fotografierna av protonspår togs av P. Blackett i en molnkammare medan han studerade processerna för artificiell omvandling av element. Blackett studerade processen för infångning av alfapartiklar av kvävekärnor. I denna process emitterades en proton och kvävekärnan omvandlades till en isotop av syre.

Protoner, tillsammans med neutroner, är en del av kärnorna i alla kemiska grundämnen. Antalet protoner i kärnan bestämmer grundämnets atomnummer i det periodiska systemet D.I. Mendelejev.

En proton är en positivt laddad partikel. Dess laddning är lika stor som den elementära laddningen, det vill säga värdet på elektronladdningen. Laddningen av en proton betecknas ofta som , då kan vi skriva att:

Man tror för närvarande att protonen inte är en elementarpartikel. Den har en komplex struktur och består av två u-kvarkar och en d-kvark. Den elektriska laddningen för en u-kvark () är positiv och den är lika med

Den elektriska laddningen av en d-quark () är negativ och lika med:

Kvarkar förbinder utbytet av gluoner, som är fältkvanta, de uthärdar stark interaktion. Det faktum att protoner har flera punktspridningscentra i sin struktur bekräftas av experiment på spridning av elektroner med protoner.

Protonen har en ändlig storlek, vilket forskarna fortfarande bråkar om. För närvarande representeras protonen som ett moln som har en suddig gräns. En sådan gräns består av att ständigt dyka upp och förinta virtuella partiklar. Men i de flesta enkla problem kan en proton förstås betraktas som en punktladdning. Vilomassan för en proton () är ungefär lika med:

En protons massa är 1836 gånger större än en elektrons massa.

Protoner deltar i alla grundläggande interaktioner: starka interaktioner förenar protoner och neutroner till kärnor, elektroner och protoner går samman i atomer med hjälp av elektromagnetiska interaktioner. Som en svag interaktion kan vi till exempel citera beta-sönderfallet av en neutron (n):

där p är proton; — elektron; - antineutrino.

Protonsönderfall har ännu inte erhållits. Detta är ett av fysikens viktiga moderna problem, eftersom denna upptäckt skulle vara ett viktigt steg för att förstå naturens krafters enhet.

Exempel på problemlösning

EXEMPEL 1

Träning

Natriumatomens kärnor bombarderas med protoner. Vad är kraften för elektrostatisk repulsion av en proton från kärnan i en atom om protonen är på avstånd

m. Tänk på att laddningen av kärnan i en natriumatom är 11 gånger större än laddningen för en proton. Inverkan av natriumatomens elektronskal kan ignoreras.

Lösning

Som grund för att lösa problemet kommer vi att ta Coulombs lag, som kan skrivas för vårt problem (förutsatt att partiklarna är punktpartiklar) enligt följande:

där F är kraften av elektrostatisk interaktion mellan laddade partiklar; Cl är protonladdningen; - laddning av kärnan i natriumatomen; - dielektrisk konstant för vakuum; - elektrisk konstant. Med hjälp av de data vi har kan vi beräkna den nödvändiga frånstötningskraften:

Svar

EXEMPEL 2

Träning

Med tanke på den enklaste modellen av väteatomen, tror man att elektronen rör sig i en cirkulär bana runt protonen (väteatomens kärna). Vilken hastighet har en elektron om dess banas radie är m?

Lösning

Låt oss betrakta krafterna (Fig. 1) som verkar på en elektron som rör sig i en cirkel. Detta är attraktionskraften från protonen. Enligt Coulombs lag skriver vi att dess värde är lika med ():

där =— elektronladdning; - protonladdning; - elektrisk konstant. Attraktionskraften mellan en elektron och en proton vid någon punkt i elektronens omloppsbana riktas från elektronen till protonen längs cirkelns radie.

En gång trodde man att den minsta strukturenheten för något ämne är en molekyl. Sedan, med uppfinningen av kraftfullare mikroskop, blev mänskligheten förvånad över att upptäcka konceptet med en atom - en sammansatt partikel av molekyler. Det verkar mycket mindre? Under tiden visade det sig ännu senare att atomen i sin tur består av mindre grundämnen.

I början av 1900-talet upptäckte en brittisk fysiker närvaron av kärnor i atomen - centrala strukturer; det var detta ögonblick som markerade början på en serie oändliga upptäckter om strukturen hos materiens minsta strukturella element.

Idag, baserat på kärnmodellen och tack vare ett flertal studier, vet man att atomen består av en kärna som är omgiven av elektronmoln. Ett sådant "moln" innehåller elektroner, eller elementarpartiklar med en negativ laddning. Kärnan, tvärtom, innehåller partiklar med en elektriskt positiv laddning, kallad protoner. Den brittiska fysikern som redan nämnts ovan kunde observera och därefter beskriva detta fenomen. 1919 genomförde han ett experiment där alfapartiklar slog ut vätekärnor ur andra grundämnens kärnor. Därmed kunde han ta reda på och bevisa att protoner inte är något annat än en kärna utan en enda elektron. I modern fysik symboliseras protoner med symbolen p eller p+ (betecknar en positiv laddning).

Proton översatt från grekiska betyder "första, huvudsakliga" - en elementarpartikel som tillhör klassen baryoner, de där. relativt tung Det är en stabil struktur, dess livslängd är mer än 2,9 x 10(29) år.

Strängt taget innehåller den förutom protonen även neutroner, som utifrån namnet är neutralt laddade. Båda dessa element kallas nukleoner.

Protonens massa kunde på grund av ganska uppenbara omständigheter inte mätas på länge. Nu vet man att det är det

mp=1,67262∙10-27 kg.

Så här ser vilomassan av en proton ut.

Låt oss gå vidare för att överväga förståelser av protonmassan som är specifika för olika fysikområden.

Massan av en partikel inom ramen för kärnfysik tar ofta en annan form, dess måttenhet är amu.

A.e.m. - atommassaenhet. En amu motsvarar 1/12 av massan av en kolatom, vars massa är 12. Därför är 1 atommassaenhet lika med 1,66057 10-27 kg.

Massan av en proton ser därför ut så här:

mp = 1,007276 a. äta.

Det finns ett annat sätt att uttrycka massan av denna positivt laddade partikel, med hjälp av olika måttenheter. För att göra detta måste du först acceptera ekvivalensen mellan massa och energi E=mc2 som ett axiom. Där c - och m är kroppsmassa.

Protonmassan i detta fall kommer att mätas i megaelektronvolt eller MeV. Denna måttenhet används uteslutande inom kärn- och atomfysik och tjänar till att mäta den energi som krävs för att överföra en partikel mellan två punkter i C med villkoret att potentialskillnaden mellan dessa punkter är 1 Volt.

Följaktligen, med hänsyn till att kl. 01.00 = 931,494829533852 MeV, protonmassan är ungefär

Denna slutsats erhölls på basis av masspektroskopiska mätningar, och det är massan i den form som den ges ovan som också brukar kallas e protonviloenergi.

Baserat på experimentets behov kan alltså massan av den minsta partikeln uttryckas i tre olika värden, i tre olika måttenheter.

Dessutom kan massan av en proton uttryckas i förhållande till massan av en elektron, som som bekant är mycket "tyngre" än en positivt laddad partikel. Massan, med en grov beräkning och signifikanta fel i detta fall, blir 1836,152672 i förhållande till elektronens massa.

Populär i kategorin: